le talassemie malattie dovute a mutazioni con perdita di funzione dei geni dellemoglobina
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LE TALASSEMIE
malattie dovute a
MUTAZIONI CON PERDITA DI FUNZIONE DEI GENI
DELL’EMOGLOBINA
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Emoglobina (Hb)proteina tetramerica composta da una parte proteica ed
una non proteica gruppo eme contiene un atomo di ferro che lega reversibilmente l’ossigeno
La parte proteica è costituita da 4 catene polipeptidiche uguali due a due (2 catene di tipo a e 2 catene di tipo non-
a)
Emoglobine embrionali :Hb Gower I (z2e2) Hb Portland (z2g2) Hb Gower II (a2e2)
emoglobina fetale : Hb F (a2g2)
Emoglobine adulte :Hb A2 (a2d2)Hb A (a2b2)
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Mioglobina Emoglobina
Gruppo eme: l’atomo di Fe, quando si trova allo stato ridotto (Fe2+), è in grado di legare l’O2
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Produzione dei vari tipi di catene globiniche nelle diverse fasi della vita di un individuo
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le catene di tipo a sono lunghe 141 aminoacidi, i loro geni si trovano sul cromosoma 16 (cluster a,
circa 30 kb)
le catene di tipo b sono lunghe 146 aminoacidi, i loro geni si trovano sul cromosoma 11 (cluster b,
ca. 60 kb)
catene di tipo a e di tipo b mostrano una forte omologia di sequenza ad indicare una loro origine
evolutiva comune
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In entrambi i cluster ci sono delle regioni regolative (LCR = Locus Control Region) che
regolano l’espressione temporale dei geni del cluster
I geni globinici sono di piccole dimensione (< 2kb) e constano di 3 esoni e 2 introni
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alfa talassemie a/non-a < 1 (c’è un difetto di catene a)
beta talassemie a/non-a > 1 (c’è un difetto di catene non a, che nell’adulto sono sostanzialmente le b)
In ogni momento della vita di un individuo (periodo embrionale, fetale e post-natale) il
rapporto
n° catene a/n° catene non-a = 1
Si definisce talassemia la condizione in cui tale rapporto 1
Le talassemie sono quindi un difetto QUANTITATIVO generalmente dovuto a perdita di funzione
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Nomenclatura
Microcitemia o Talassemia minor o Trait talassemico sono sinonimi e indicano la condizione CLINICAMENTE ASINTOMATICA degli eterozigoti facilmente individuabili attraverso un semplice esame ematologico
Anemia mediterranea o Morbo di Cooley o Talassemia major sono sinonimi e indicano il quadro clinico, molto grave (mortale in assenza di cure) degli individui omozigoti (o eterozigoti composti per alleli non funzionanti)
alleli bthal0 (athal0) causano assenza completa di catene b (a)
alleli bthal+ (athal+) causano una riduzione più o meno marcata di catene b (a)
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I principali parametri ematologici che risultano alterati nei microcitemici
nei microcitemici la quantità totale di Hb è ridotta mentre il numero di globuli rossi è aumentato
gli eritrociti sono però più piccoli
il ridotto contenuto di Hb determina un appiattimento delle emazie e una loro maggiore resistenza all’emolisi
in soluzione salina ipotonica.
g/dl
per ml
m3
g/dl
per ml
m3
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in soluzione ipotonica l’emolisi delle emazie normali è totale e il liquido color
rosa è limpido;
le emazie microcitemiche vengono distrutte solo in parte e la soluzione resta torbida.
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NORMALE MICROCITEMICO
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i globuli rossi dei
malati sono quasi
completamente privi di
Hb, sono molto pochi e
presentano marcate
alterazioni
morfologiche, alcuni
sono solo dei
frammenti, tutti vanno
incontro ad una
precoce distruzione
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NEI MALATI NON
CURATI SI
OSSERVANO
GRAVISSIME
DEFORMAZIONI
DEL CRANIO E
DELLA FACCIA,
OLTRE A
EPATO- E
SPLENOMEGALIA
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FREQUENZA DELLA MICROCITEMIA NEL MONDO
La microcitemia è frequente in tutti i paesi che si affacciano sul Mediterraneo (da cui il nome di anemia mediterranea) e in tutto il
sud-est asiatico.
si calcola che i portatori sani nel mondo siano circa 180.000.000; in assenza di prevenzione le nascite di nuovi malati
sarebbero 70.000 ogni anno
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in Italia vivono circa 2.500.000
microcitemici sani
grazie alla prevenzione le
nascite di individui malati sono molto
limitate
la frequenza dei portatori sani è molto alta nelle
regioni meridionali, in Sardegna, in
Sicilia e nella regione del delta del Po
FREQUENZA DELLE MICROCITEMIE IN ITALIA
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CATENA di EVENTI che PORTA dal GENE al
PRODOTTO POLIPEPTIDICO
FUNZIONANTE
1. Il gene deve essere presente;
2. Il gene deve essere trascritto;
3. Il trascritto deve essere maturato:
rimozione degli introni, aggiunta del CAP,
aggiunta del poli-A
4. L’mRNA maturo deve essere portato nel
citoplasma e caricato sui ribosomi;
5. La traduzione deve avere inizio;
6. L’mRNA deve essere tradotto per tutta la
sua lunghezza;
7. La catena polipeptidica deve essere stabile
e in grado di svolgere la sua funzione
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Rimozione degli introni dal trascritto primario
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EVENTOCOMPROMESSO
REGIONE GENICA MUTATA
TIPO DI ALLELE
N° DI ALLEL
I NOTI
CONSEGUENZA FUNZIONALE
Trascrizione Promotore Thal (+) 19 L’attività trascrizionale
residua varia tra il 20 e il 50%
Splicing Introne, sito
donatore o accettore
Introne, sequenze consesus
Introne, attivazione di un sito criptico
Esone, attivazione di un sito criptico
Thal (0)
Thal (+)
Thal (+)
Thal (+)
16
16
6
5(3 MS
e 2 SS)
Exon skipping o ritenzione
dell’introne (o di parte di esso)
mRNA normale presente in quantità
ridotta + mRNA anormale
Come sopra
Come sopra, inoltre in caso di mutazione
MS la globina prodotta presenta
una SSA
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EVENTOCOMPROMESS
O
REGIONE GENICA MUTATA
TIPO DI
ALLELE
N° DI ALLEL
I NOTI
CONSEGUENZA FUNZIONALE
Taglio dell’RNA e poliadenilazione
Sito di adenilaz.AATAAA
Thal (+) 6 RNA normali +
RNA instabili
Capping Sito del capping
Thal (+) 1 RNA normali+
RNA instabili
Attacco al ribosoma
5’ UTR RBS=Ribos. Binding
Site
Thal (+) 7 Assenza di traduzione
Inizio traduzione 1° codone (AUG)
Thal (0) 7 (max poss 9)
Assenza di traduzione
Traduzione codificante codone
sensoSTOP
Thal (0) 16 mRNA instabile per presenza di un codone di stop
prematuro
Traduzione codificanteindel
Thal (0) > 60 Come sopra
Traduzione codificanteMS
Il polipeptide presenta una singola sostit. aa, le conseguenze funzionali dipendono da sede e proprietà di aa.
sostituito e aa. sostituente
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mRNA con codoni di STOP che cadono prima
dell’ultimo esone sono instabili e vengono
degradati meccanismo attraverso il quale
viene impedita la produzione di ‘monconi
polipeptidici’ che potrebbero essere dannosi
per la cellula
NMD Nonsense-Mediated Decay =
degradazione mediata da codoni non-senso
Quando gli mRNA arrivano nel citoplasma sono
ancora legati, in corrispondenza dei punti di
splicing, a complessi proteici (EJC = Exon
Junction Complex) che vengono rimossi solo
durante il primo round di traduzione. mRNA
da cui non vengano rimossi gli EJC sono
instabili e vengono degradati
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Frecce verdi formazione di codoni di STOP prematuri prima dell’ultimo esone, mRNA instabili > non produzione di ‘tronconi polipeptidici’
Frecce rosse formazione di codoni di STOP prematuri nell’ultimo esone, mRNA stabili > produzione di ‘tronconi polipeptidici’. In genere comportano conseguenze fenotipiche più gravi
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Le a talassemie sono spesso dovute a delezione di uno o più geni a
La gravità clinica del fenotipo dipende dal numero di geni a residui
L’individuo normale ha 4 geni a per assetto diploide
Individuo con 3 geni a normale
Individuo con 2 geni a (-a/-a; --/aa) lieve anemia
Individuo con 1 gene a talassemia major
Individuo con 0 geni a idrope fetale (letale in utero)
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Perché le delezioni dei geni a sono frequenti ?
Elevata frequenza di crossing over
dislocati
favoriti dall’elevata omologia dell’intera
regione
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X, Y e Z = blocchi di omologia
APPAIAMENTO CORRETTO
APPAIAMENTO DISLOCATO
I
APPAIAMENTO DISLOCATO
II
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HbS beta 6 Glu Val, allele responsabile dell’anemia a cellule falciformi (malattia autosomica recessiva), a livello di DNA la mutazione consiste in un cambiamento A > T (il codone GAG diventa GTG)
gli eterozigoti betaA/betaS sono portatori sani, i loro gl.rossi vanno incontro al fenomeno della falcizzazione in condizioni di bassa pressione di O2
gli omozigoti betaS/betaS presentano una grave anemia emolitica e i loro gl.rossi sono a forma di falce
Gl.rossi normali
Gl.rosso falcemico
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Perché i gl.rossi assumono la forma a falce ?
Ossi HbA Deossi HbA Ossi HbS Deossi HbS La deossiHbS polimerizza formando dei filamenti di lunghezza superiore al diametro del gl.rosso
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I gl.rossi falcemici sono più rigidi dei gl.rossi normali e
non passano attraverso i
capillari di piccolo calibro
provocando in tal modo ostruzioni
del circolo sanguigno e conseguente ischemia dei
tessuti
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